乌鲁木齐河特大桥简支系杆拱施工监控方案

【摘 要】以兰新铁路第二双线LXTJ9标段乌鲁木齐河特大桥为实例，编制了1-128 m简支系杆拱施工监控方案，对监控方法、步骤、结构仿真分析及各施工阶段监控程序进行了详细介绍，为同类工程提供参考。

【Abstract】 Taken Urumqi Large Bridge as an example, which in LXTJ9 section of the second double line of

Lanxin Railway, the construction monitoring scheme of 1-128 m simply supported tied arch was made. The method, process, structural simulation and monitoring procedure at each construction stage were introduced in details,

which can provide reference to similar projects.

【关键词】桥梁；系杆拱；测点布置；监控

【Key words】 bridge; tied arch; measuring point arrangement; monitoring

中图分类号：U448.22 文献标志码：B 文章编号：1000-033X(2012)0４-0072-04

0 引言

兰新铁路第二双线（新疆段）LXTJ9标乌鲁木齐河特大桥，有一跨主桥上部结构采用1孔128 m简支系杆拱。结构设计为刚性系梁刚性拱。系梁采用预应力混凝土简支箱梁，全长132.5 m，拱脚段采用C55纤维混凝土，其余部分采用C55混凝土；拱肋采用外径Φ130 cm，壁厚d=20 mm的钢管混凝土空腹哑铃形截面，共设置两道，拱肋填充C55微膨胀混凝土。主桥采用先梁后拱的施工方法。

该桥拱肋安装采用原位拼装法施工，在拼装过程中，受结构杆件自重、环境温度、焊接变形以及风力等因素的影响，如何保证杆件安装精确定位是施工面临的难题之一。为使吊杆安装张拉体系转换后最终的成桥线形和受力状态满足设计要求，系梁采用分段支架现浇施工，施工中必须保证每一阶段立模标高控制精确，避免出现梁体开裂或主梁标高误差过大，致使成桥后线形达不到设计要求。在拱肋拼装及后续施工阶段，应严格精确监测拱肋线形变化、拱脚位移和拱脚沉降［1］。

1 施工监控方法

跨乌鲁木齐河钢管混凝土系杆拱桥，施工监控的要点和难点有两方面：一是拱肋的安装；二是系杆索力的控制。重点为：拱肋及桥面标高控制；拱肋应力仿真模拟与控制；采用直接法（千斤顶油压表、扣索索引伸量控制）和间接法（根据结果反应反推）相结合的办法有效控制系杆索力。同时，由于简支系杆拱桥梁施工过程比较复杂，影响参数多（如结构刚度、梁段的重量、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和预应力等），在求施工控制参数的理论设计值时，都假定这些参数值为理想值［2］。为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，在施工过程中需对这些参数进行识别和预测。对于重大的设计参数误差，提请设计方进行理论设计值的修改；对于常规的参数误差，则通过优化进行调整。

（1） 设计参数识别。通过在典型施工状态下对状态变量（位移和应力应变）实测值与理论值的比较， 以及设计参数影响分析，识别出设计参数误差量。

（2） 设计参数预测。根据已施工梁段设计参数误差量，预测未来梁段的设计参数可能误差量。

（3） 优化调整。施工控制主要以控制主梁标高和截面内力为主，优化调整也是以这些因素建立控制目标函数，通过设计参数误差分析这些因素对桥梁变形和受力的影响。采用优化方法（如加权最小二乘法、自适应法等）调整本梁段与未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计状态，并且保证施工过程中受力安全。

2 监控方案

2.1 结构施工仿真分析

与一般梁桥不同，拱桥是推力结构。巨大的拱脚推力要求有很好的拱脚基础去承受，因此一般情况下拱桥兴建在岩石基础上；否则，就要采取相应办法进行处理，如系杆拱桥。

跨乌鲁木齐河简支系杆拱桥主桥施工监控的全部分析计算工作采用计算机数值求解技术，成果分析图表亦使用计算机完成。其中数值计算采用已被广泛应用的以结点位移为基本未知量的有限元方法。用该方法分析一般结构问题时的主要步骤如下。

（1） 输入原始资料，如控制信息、结构几何性质、材料的弹性常数、支撑约束条件、施工过程动态信息等。

（2） 单元分析，求出各个单元的单元刚度矩阵。

（3） 系统分析，组集整体结构的刚度矩阵。

（4） 计入荷载向量，包括结构自重、施工荷载、预应力、收缩徐变、桥面荷载、温度力及汽车活载等。

（5） 引入边界支撑条件和施工过程临时支撑信息，

按施工过程修改动态位移法方程组。

（6） 求解位移并计算单元内力及应力。

（7） 图形及资料输出计算分析成果。

对于大跨度桥梁的施工控制计算，其处理方法比分析一般结构问题要复杂得多。复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态，即对施工过程进行实时仿真。

按照施工和设计所确定的施工工序以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行正装计算，并以正装计算得到的各施工阶段结果，对结构进行倒装计算，以期得到各施工阶段以及成桥状态下更加准确的结构受力和变形等控制数据。

2.2 施工监控控制

（1） 几何（线形、变形）控制：使桥梁结构在施工过程中的实际位置与预期状态之间的误差在允许范围之内，成桥线形符合设计要求。

（2） 应力控制：通过对结构应力的监测了解实际应力状态，使之在允许范围内变化。